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R ol de l a C onc e n t r a c i ó n So l a r

de Po t e nc i a e n e l

Si s t e m a E l é c t r i c o N a c i ona l

X I I M e s d e l a E n e r g í a

1 1 J u n i o 2 0 1 9

Cristián González Veloso

Comité Solar e Innovación

Energética

CORFO

[email protected]

Sistema Eléctrico Nacional (SEN)Introducción

2

La matriz de generación del SEN tiene una considerable diversificación de

tecnologías, lo cual es saludable para mantener un Sistema Eléctrico

estable que proporcione:

Seguridad en el suministro eléctrico.

Despacho económico.

Para la estabilidad del Sistema, naturalmente que es vital el acceso abierto

a todos los sistemas de transmisión disponibles.

Con el fin de mantener dicha seguridad de suministro y despacho

económico, es esencial diferenciar los atributos y prestaciones que

proporciona cada tecnología de generación que participa en el SEN.

De esta forma, podrán ser adecuadamente planificadas las necesidades en

infraestructura de generación y transmisión, dependiendo de las

particularidades de las tecnologías.

Comité Solar e Innovación Energética – CORFO

Sistema Eléctrico Nacional (SEN)Capacidad Instalada Neta & En Construcción

3Comité Solar e Innovación Energética – CORFO

Capac. Neta

SEN

Construcción

SEN

Eólica

Diésel

Carbón

Gas Natural

Solar Fotovoltaica

Geotermia

Hidráulica de Pasada

Mini Hidráulica de Pasada (< 20 MW)

Hidráulica de Embalse

Biomasa

Concentración Solar de Potencia

A la fecha, 21% de la

capacidad neta total del

SEN es ERNC.

Fuente:

Comisión Nacional de

Energía, Coordinador

Eléctrico Nacional.

Mayo 2019.

Sistema Eléctrico Nacional (SEN)Sistemas de Almacenamiento (BESS)


Existen sistemas de almace-

namiento electroquímico en

operación, basados en baterías

de ion-litio:

BESS 20 MW, en Central

Angamos de 558 MW.

BESS 20 MW, en Central

Cochrane de 548 MW.

BESS 12 MW, en S/E Los

Andes.

BESS: Battery Energy Storage Systems.

Estas instalaciones de almacenamiento han sido utilizadas especialmente en momentos

críticos para estabilizar la frecuencia del SEN, logrando una buena respuesta en el control

de frecuencia, durante periodos de corta duración.

Asimismo, sistemas de almacenamiento de similares características se planean

implementar en proyectos hidroeléctricos de pasada actualmente en construcción.

BESS 20 MW

Planta Carbón

Angamos

558 MW

Fuente: Coordinador

Eléctrico Nacional

(CEN).

Sistema Eléctrico Nacional (SEN)Energía almacenada en principales embalses


Energía almacenada en principales embalses (estado a Abril 2019).

Fuente: Comisión Nacional de Energía, Coordinador Eléctrico Nacional, Systep.

Durante el año 2019 la energía embalsada ha sido superior al año

anterior.

Sin embargo, la energía hídrica almacenada continua en niveles muy

bajos, representando sólo un 64% del promedio mensual histórico.

6

Se proyecta que las plantas FV serán la tercera fuente de generación en 2019,

después de las plantas de carbón y plantas hidroeléctricas (en 2018 la tercera fuente

de generación fueron las plantas a gas natural).

Hito Una fuente ERNC sería la tercera en generación.

Sin embargo, las ERV no generan en sincronía con el sistema eléctrico.

Sistema Eléctrico Nacional (SEN)Energías Renovables Variables (ERV)

Fuente: Systep Ingeniería y Diseños.


Sistema Eléctrico Nacional (SEN)Estado de Situación de la Matriz Eléctrica

7

Considerando la capacidad instalada ERNC en operación, 81% corresponde a

generación variable (ERV).

De los 3.182 MW actualmente en construcción:

Existe una frecuente volatilidad en el precio de combustibles fósiles.

Hay tendencia hacia hidrologías más secas.

La energía embalsada está sólo en 64% con respecto al promedio mensual

histórico.

Tipo Perfil de Generación / Costo Variable (CV) Tecnología %

Fósil Estable, moderado CV indexado a precios fósiles Gas Natural 2

Fósil Estable (*), alto CV indexado a precios fósiles Diésel 22

Renovable Variable indexado a recurso solar y cinético, bajo CV FV, Eólica (ERV) 39

Renovable Variable indexado a niveles hidrológicos, bajo CV Hidro de Pasada 34

Renovable Estable, indexado al diseño del almacenamiento, bajo CV CSP 3

(*) Perfil de generación estable, pero raramente despachado debido al alto costo variable.


8

La creciente participación de ERV hace esencial que sean incorporadas

tecnologías que proporcionen “flexibilidad" en el SEN, lo cual es necesario para

mantener una operación con estabilidad.

Asimismo, es necesario incorporar tecnologías que posean el atributo de

despacho económico, lo cual permitirá una estabilidad económica en el SEN.

Para la expansión y desarrollo del Sistema Eléctrico en el mediano y largo plazo,

deben planificarse las inversiones considerando todos los atributos necesarios en

las tecnologías de generación Estabilidad económica y sustentable.

Atributos de Tecnologías de Generación

Despacho durante el día Suficiencia y continuidad de suministro

Despacho durante las horas peak Reducción de gases efecto invernadero

Despacho durante la noche Contribución de inercia

Despacho económico (bajo costo variable) Contribución de reserva en giro

Almacenamiento energético Contribución en control de frecuencia

Tiempo de arranque a plena capacidad Contribución en control de tensión


Sistema Eléctrico Nacional (SEN)Estado de Situación de la Matriz Eléctrica

Atributos de Tecnologías de GeneraciónQué tecnología puede proporcionar todos los atributos?

9

La Concentración Solar Potencia es una excelente alternativa … Por qué?

Flexibilidad (despacho) Habilidad para hacer frente a la variabilidad e incertidumbre en el

perfil de demanda.

Versatilidad Las plantas CSP se diseñan de acuerdo al perfil de demanda que deben

suministrar (perfil de generación es endógeno).

Disponibilidad de almacenamiento, desacoplando la variabilidad del recurso solar con respecto

al perfil de generación (de acuerdo al diseño de la planta CSP en cuestión).

Estabilidad para el Sistema Eléctrico, mediante:

Inercia.

Reserva en giro.

Control de frecuencia y voltaje.

Bajo costo variable.

Tiempo de arranque a plena capacidad igual o inferior que las tecnologías termoeléctricas que

usan combustibles fósiles.

Generación renovable (permite reducir GEI).

Constituyen un reemplazo natural de las centrales a carbón (CSP posee todos los atributos).

Y además, Chile cuenta con el mejor recurso solar del mundo para la CSP (DNI).


Potencial de Energía Solar en ChileIrradiancia Normal Directa (CSP)


Desierto de Atacama

Niveles excepcionales de DNI

DNI : Direct Normal Irradiance.

Potencial de Energía Solar en ChileIrradiancia Normal Directa (CSP)


Condiciones en

Desierto de Atacama:

DNI sobre ~3.200 kWh/m2

por año (principalmente en

región de Antofagasta).

Sobre ~4.000 horas de sol

por año.

Excelentes condiciones de

atenuación atmosférica.

GHI (Irradiancia Global

Horizontal) sobre ~2.400

kWh/m2 por año (para FV).

Rendimiento FV sobre

~2.200 kWh/kWp por año.

CSP en el MundoProyectos en operación, construcción y desarrollo


Tecnologías CSPProcesos de concentración solar


Tecnologías de

Concentración Lineal

Cilindro

Parabólico

Colectores

Lineales

Fresnel

Torre

Disco Stirling

Rayos

de sol

Rayos de sol

Rayos

de sol

Rayos

de sol

Receptor

Central

Receptor

Superficie

Reflectante

Receptor Lineal

Receptor

Lineal

Superficie

Reflectante

Superficie

Reflectante

Superficie

Reflectante

• En operación

comercial.

• Actualmente

con la mayor

capacidad

instalada en

el mundo.

• En operación

comercial.

• Mayor tasa de

crecimiento

de capacidad

instalada.

• Tecnología

aún en

desarrollo.

• Actualmente

existen sólo

prototipos.

• En operación

comercial.

• Existe escasa

capacidad

instalada.

• Sólo 1 proyecto

en construcción.

Tecnologías de

Concentración Puntual

CSP en el MundoProyectos por tecnología


Fuente: SolarPACES.

Planta CSP de TorrePrincipales Componentes


CSP tower with storage of salts. SAM 2017. Campo Solar.

Provee un flujo de energía

térmica, dependiente del

recurso solar (DNI) y del

tamaño del campo heliostático.

La energía térmica es

capturada en sales fundidas

(Fluido Caloportador).

Fluido Caloportador.

Es direccionado al estanque de

sales calientes, permitiendo un

suministro energético estable

para el Bloque de Potencia.

Bloque de Potencia.

Es suministrado desde los

intercambiadores de calor para

la generación eléctrica,

dependiendo de la señal de

despacho y del tamaño del

almacenamiento térmico (TES).

Capacidad de Captura Térmica.

Helióstatos.

Receptor.

Fluido Caloportador.

Potencia Térmica de Receptor

[MW-t]

(también llamado Potencia

Térmica del Campo Solar)

Planta CSP de TorreConfiguración de Planta – Múltiplo Solar


Campo Solar

(X m2)

Superficie

necesaria para

producir

electricidad a

plena capacidad

(Y m2)

El Múltiplo solar define la

relación de la Capacidad de

Captura Térmica del campo solar

(MW-t), con respecto a la

Potencia Térmica de la turbina en

el Bloque de Potencia (MW-t).

Múltiplo Solar =𝐗 m2

𝐘 m2

𝐌ú𝐥𝐭𝐢𝐩𝐥𝐨 𝐒𝐨𝐥𝐚𝐫 𝐒𝐌 =𝐂𝐚𝐩𝐚𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐝𝐞 𝐂𝐚𝐩𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐓é𝐫𝐦𝐢𝐜𝐚 [𝐌𝐖−𝐭]

𝐏𝐨𝐭𝐞𝐧𝐜𝐢𝐚 𝐓é𝐫𝐦𝐢𝐜𝐚 𝐝𝐞 𝐓𝐮𝐫𝐛𝐢𝐧𝐚[𝐌𝐖−𝐭]

Planta CSP de TorreConfiguración de Planta – Horas de Almacenamiento


Capacidad de

Almacena-

miento

Térmico

(𝐌𝐖𝐡−𝐭)

Energía Térmica

necesaria para

producir

electricidad a

plena capacidad

en 1 hora

(𝐌𝐖−𝐭)

La Capacidad de Almacenamiento

Térmico representa la capacidad

del(los) estanque(s) para sales fundidas

calientes.

La Capacidad de Almacenamiento

Térmico determinará la cantidad de

horas que el Bloque de Potencia puede

producir electricidad a plena capacidad,

independientemente del Campo Solar.

Horas de Almacenamiento =𝐌𝐖𝐡−𝐭

𝐌𝐖−𝐭

𝐇𝐨𝐫𝐚𝐬 𝐀𝐥𝐦𝐚𝐜.=𝐂𝐚𝐩𝐚𝐜𝐢𝐝𝐚𝐝 𝐝𝐞 𝐀𝐥𝐦𝐚𝐜𝐞𝐧𝐚𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨 𝐓é𝐫𝐦𝐢𝐜𝐨 [𝐌𝐖𝐡−𝐭]

Energía Térmica 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑟 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 𝑝𝑙𝑒𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐. 𝑒𝑛 1 ho𝑟𝑎 [MW−t]

Configuración de Plantas CSPMúltiplo Solar (MS) & Horas de Almacenamiento (HA)


Horas

Almac.

Múltiplo Solar

0,7 1,0 1,3 1,7 2,0 2,5 3,0

6 ■ ■ ■ ■ ■

9 ■ ■ ■

12 ■

15 ■ ■

18 ■

La Capacidad de Captura Térmica [MW-t] puede ser utilizada para producir

electricidad [MW-e]:

Durante las horas peak.

Durante la noche.

Durante las horas peak y la noche.

Durante las 24 horas.

Dependiendo de la

configuración “MS/HA” de

cada planta CSP en

particular.

Diseños de Proyectos CSPConfiguración de Planta

19

Diseño de Configuración de Planta Cerro Dominador

(Chile)

NOOR III

(Marruecos)

Potencia bruta [MW-e] 110 150

Eficiencia térmica a eléctrica ~ 40% - 42% ~ 40% - 42%

Potencia térmica de turbina [MW-t] ~ 268 ~ 366

Potencia térmica de receptor [MW-t] ~ 805 ~ 660

Múltiplo Solar (MS) ~ 3.0 ~ 1.8

Almacenamiento de energía térmica [horas] 17,5 7,5

Cantidad de helióstatos 10.600 7.400

Superficie reflectante [m2] ~ 1.484.000 ~ 1.317.000

Irradiancia Normal Directa (DNI) [kWh/(m2 año)] ~ 3.700 ~ 2.500

Fuente: NREL, SENER Molten Salt Tower Technology (Ouarzazate NOOR III case) y elaboración propia.

CSP es una tecnología "speciality", diseñada de acuerdo al perfil de carga requerido.

CSP representa “varias tecnologías”.


Proyectos CSPCerro Dominador (Chile)


Proyecto CSP (tecnología de Torre), 110 MW, 17.5 horas de almacenamiento térmico

(en construcción).

Proyecto Fotovoltaico, 100 MW (en operación).

Fuente: Cerro Dominador. María Elena, Chile.

Proyectos CSPNOOR (Marruecos)


Proyecto NOOR III (en operación)

150 MW – 7.5 horas almacenamiento

(tecnología de Torre)

Proyecto NOOR II (en operación)

200 MW – 7.5 horas almacenamiento

(tecnología de Cilindro Parabólico)

Fuente: Masen, NOOR Projects. Ouarzazate, Morocco.


Diseños de Proyectos CSPConfiguración de Planta

La configuración de las plantas CSP está determinada fundamentalmente por:

• Múltiplo Solar (MS).

• Horas de Almacenamiento.

Cada configuración de planta CSP tiene diferente CAPEX, ya que:

• Tienen diferentes tamaños de campo solar.

• Tienen diferentes tamaños de estanques de almacenamiento.

• Tienen diferentes volúmenes requeridos de fluido caloportador.

Considerando que cada configuración de planta CSP tiene un CAPEX diferente,

entonces cada planta CSP tiene un LCOE diferente.

De esta forma, para la tecnología CSP, el LCOE no es un número ... Es una

función.

𝐋𝐂𝐎𝐄 𝐂𝐒𝐏 = 𝐟 (𝐌ú𝐥𝐭𝐢𝐩𝐥𝐨 𝐒𝐨𝐥𝐚𝐫, 𝐇𝐨𝐫𝐚𝐬 𝐝𝐞 𝐀𝐥𝐦𝐚𝐜𝐞𝐧𝐚𝐦𝐢𝐞𝐧𝐭𝐨

23

Para planificar la expansión del Sistema Eléctrico en el mediano y largo plazo, no es

suficiente con pensar solamente en incorporar más MW de capacidad instalada.

Es fundamental diferenciar los atributos de las tecnologías de generación, ya que

cada tecnología posee diferentes cualidades para aportar al Sistema Eléctrico.

Es esencial incorporar tecnologías de generación síncrona en la expansión del

Sistema Eléctrico, con el fin de complementar la creciente implementación de ERV.

Dada la crítica realidad ambiental que estamos viviendo, es imperativo utilizar fuentes

de generación renovables El principal potencial renovable en Chile es Solar.

Las plantas CSP pueden proporcionar generación síncrona, flexible y renovable, con

despacho económico y estabilidad de suministro, pudiendo adaptarse a cualquier

perfil de demanda, sin aspectos exógenos que intervengan.

La tecnología CSP posee todos los atributos para reemplazar a las centrales a carbón

que serán progresivamente cerradas.

Comentarios Finales


M uc ha s Gr a c i a s

Cristián González Veloso

Comité Solar e Innovación

Energética

CORFO

[email protected]

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